專利名稱：地下鹽穴儲氣庫及其建造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油氣資源開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種應(yīng)用于地下鹽穴儲氣庫及其建造方法。
背景技術(shù)：
在我國很多鹽穴儲氣庫建在地下鹽巖地層中，由于鹽巖具有鹽巖層多、厚度薄且夾層交替出現(xiàn)，使得完井套管柱安全面臨更大的挑戰(zhàn)，主要有三方面原因。第一，由于鹽巖具有典型的蠕變性，在遠(yuǎn)場地應(yīng)力作用下井眼附近鹽巖開始發(fā)生蠕變，向井眼周圍產(chǎn)生位移和變形，使得地應(yīng)力通過鹽巖蠕變作用于水泥環(huán)和完井套管，且外擠載荷表現(xiàn)出很大的不均勻性。第二，夾層與鹽巖物理力學(xué)性能差別較大，在蠕變變形時表現(xiàn)出很強的不一致性，使得套管柱在受到外擠載荷的同時還需要承受夾層作用在其上的剪切力。第三，為了提高儲氣庫注采效率，儲氣庫套管柱尺寸一般比較大，不利于套管受力和安全。鹽穴儲氣庫套管柱一旦發(fā)生破壞，將會造成重大經(jīng)濟損失和人生安全?，F(xiàn)階段地下鹽穴儲氣庫套管柱設(shè)計主要存在以下3個缺點(I)已有油氣井完井管柱專利主要針對油藏和氣藏，并未考慮到鹽穴儲氣庫實際工況及受力特點，如果應(yīng)用于鹽穴儲氣庫完井管柱將會存在安全隱患。(2)在對鹽巖地層中套管設(shè)計中以鹽巖段地層套管受力作為設(shè)計依據(jù)，往往使得上部地層中的套管柱安全冗余度較高，造成浪費。(3)在鹽巖地層中套管柱設(shè)計過程中沒有考慮到管柱內(nèi)高壓氣體的影響，未設(shè)置天然氣泄漏監(jiān)測和控制裝置，安全可靠性低。本發(fā)明綜合考慮地下鹽穴儲氣庫作業(yè)工況，在井口位置處安裝多個壓力表和控制閥對可能的泄漏進行實時監(jiān)測和控制。同時，重點考慮鹽巖蠕變的影響，提高位于鹽巖地層中完井管柱鋼級，增加管柱的安全性，降低整個管柱費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種地下鹽穴儲氣庫及其建造方法，解決地下鹽穴儲氣庫完井管柱設(shè)計和施工中存在的難題；具有安全可靠性高和動態(tài)監(jiān)測功能，進一步地，可以有效降低鹽穴儲氣庫在運行過程中套管柱發(fā)生失效的可能性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種地下鹽穴儲氣庫，包括鹽穴、完井導(dǎo)管、技術(shù)套管、完井套管、封隔器、卡瓦、密封蓋、天然氣注采管柱；天然氣注采管柱從地面深入到地下鹽穴內(nèi)部；完井套管從地面深入到地下鹽穴頂部；完井套管底端與天然氣注采管柱通過封隔器和卡瓦連接，卡瓦下端面與完井套管柱底端平齊，封隔器位于卡瓦上端并與卡瓦相連；壓力平衡液充滿整個天然氣注采管柱與完井管間在封隔器上面的環(huán)空；完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管采用水泥漿膠結(jié)在一起，頂端與地面平齊且安裝有密封蓋；其特征在于密封蓋上安裝有壓力表與控制閥，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
優(yōu)選地，在天然氣注采管柱地面位置處安裝有第一密封蓋；在第一密封蓋上安裝有第一控制閥、第二控制閥和第一壓力表；第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采，第二控制閥與第一壓力表用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。優(yōu)選地，在天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空的地面位置處安裝有第二密封蓋；在第二密封蓋上面安裝有第三控制閥與第二壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。優(yōu)選地，在完井套管與技術(shù)套管環(huán)空的地面位置處安裝有第三密封蓋；在第三密封蓋上面安裝有第四控制閥與第三壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。優(yōu)選地，在技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置處安裝有第四密封蓋；在第四密封蓋上面安裝有第五控制閥與第四壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。優(yōu)選地，在鹽巖地層中完井套管的鋼級比泥巖地層中的高一級。地下鹽穴儲氣庫的建造方法，其特征在于包括如下步驟(I)、外擠載荷選取利用聲波測井資料或者該區(qū)域內(nèi)已有套管擠毀參數(shù)，獲得儲氣庫頂部位置處鹽巖地層的最大和最小水平地應(yīng)力值；(2)、管柱選型及下入深度確定根據(jù)注采氣管柱尺寸選擇完井管柱、技術(shù)套管、完井導(dǎo)管尺寸，確定套管柱下入深度參數(shù)；(3)、鉆井及完井鉆井至完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管設(shè)計深度處，先后下入完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管，在管柱與地層間的環(huán)空中注入水泥漿完井，水泥漿返高至地面，候凝；在鹽巖地層中完井套管的鋼級比泥巖地層中的高一級；(4)、封隔器和卡瓦安裝溶漓造腔至鹽穴達到設(shè)計尺寸；通過安裝封隔器和卡瓦將完井套管柱底端與天然氣注采管柱連接，并在封隔器以上環(huán)空中注入壓力平衡液；(5)、密封蓋安裝在天然氣注采管柱、天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空、完井套管與技術(shù)套管環(huán)空、技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置處分別安裝第一密封蓋、第二密封蓋、第三密封蓋和第四密封蓋；(6)、壓力表和控制閥安裝天然氣注采管柱地面位置的第一密封蓋上安裝第一控制閥、第二控制閥和第一壓力表；第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采，第二控制閥與第一壓力表用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。優(yōu)選地，天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空的地面位置的第二密封蓋上面安裝第三控制閥與第二壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。優(yōu)選地，完井套管與技術(shù)套管環(huán)空的地面位置的第三密封蓋上面安裝第四控制閥與第三壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。優(yōu)選地，在技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置的第四密封蓋上面安裝第五控制閥與第四壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。本發(fā)明重點考慮了鹽巖蠕變對完井套管柱安全性的影響，提高位于鹽巖地層中完井管柱鋼級，增加管柱的安全性，與原有技術(shù)相比可以顯著降低整個管柱費用。同時，本發(fā)明能對管柱密封性進行了實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)天然氣泄漏，防止安全事故；第三，本發(fā)明管柱結(jié)構(gòu)施工過程簡單、可行，不需要額外增加施工作業(yè)工具和工序。綜述所述，本發(fā)明具有安全性能好、施工過程簡單、費用低等優(yōu)點。


圖I是一種地下鹽穴儲氣庫結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I局部放大圖；圖中1、地面，2、水泥漿，3、完井導(dǎo)管，4、技術(shù)套管，5、泥巖地層完井套管，6、壓力平衡液，7、鹽巖地層完井套管，8、封隔器，9、卡瓦，10、鹽穴，11、天然氣注采管柱，12、鹽巖地層，13、泥巖地層，41、第一控制閥，42、第二控制閥，43、第三控制閥，44、第四控制閥，45、第五控制閥，51、第一壓力表,52、第二壓力表,53、第三壓力表,54、第四壓力表；31、第一密封蓋，32、第二密封蓋，33、第三密封蓋，34、第四密封蓋。
具體實施例方式如圖I所示，鹽穴10頂部距離地表975. 6m，距離頂部泥巖地層13底面為23. 2m ； 泥巖地層13埋深為O 945. 6m,鹽巖地層12埋深為945. 6m 1116. 4m。地下鹽穴儲氣庫結(jié)構(gòu)包括水泥漿2、完井導(dǎo)管3、技術(shù)套管4、泥巖地層完井套管
5、壓力平衡液6、鹽巖地層完井套管7、封隔器8、卡瓦9、鹽穴10、天然氣注采管柱11、第一控制閥41、第二控制閥42、第三控制閥43、第四控制閥44、第五控制閥45、第一壓力表51、 第二壓力表52、第三壓力表53、第四壓力表54、第一密封蓋31、第二密封蓋32、第三密封蓋
33、第四密封蓋34。天然氣注采管柱11從地面I深入到鹽穴內(nèi)部，天然氣注采井管柱外徑為177. 8mm、 壁厚9. 19mm、鋼級為PllO ;完井套管從地面深入到地下鹽穴頂部；完井套管底端與天然氣注采管柱通過封隔器8和卡瓦連接9，卡瓦下端面與完井套管柱底端平齊，封隔器位于卡瓦上端并與卡瓦相連；壓力平衡液6在封隔器上面，充滿整個天然氣注采管柱與完井管間的環(huán)空；完井導(dǎo)管3、技術(shù)套管4和泥巖地層完井套管5采用水泥漿膠結(jié)在一起；泥巖地層完井套管5和鹽巖地層完井套管7通過螺紋接頭連接；完井管柱長度為鹽穴頂部位置至地表的井眼長度，技術(shù)套管長度為1/6 1/8完井管柱長度，完井導(dǎo)管長度為50m。第一密封蓋31安裝在天然氣注采管柱井口位置，密封整個天然氣注采管柱；第二密封蓋32安裝在天然氣注采管柱與泥巖地層完井套管井口位置的環(huán)空上面，密封環(huán)空；第三密封蓋33安裝在完井套管與技術(shù)套管井口位置的環(huán)空上面，密封環(huán)空；第四密封蓋34安裝在技術(shù)套管與完井導(dǎo)管井口位置的環(huán)空上面，密封環(huán)空。第一控制閥41、第二控制閥42、第一壓力表51安裝在第一密封蓋上；第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采；第二控制閥和第一壓力表組成一個元件用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。第三控制閥43和第二壓力表52組成一個元件，安裝在第二密封蓋上，用于監(jiān)測和控制天然氣注采管柱和完井套管間環(huán)空的天然氣泄漏。第四控制閥44和第三壓力表53組成一個元件，安裝在第三密封蓋上，用于監(jiān)測和控制完井套管和技術(shù)套管間環(huán)空的天然氣泄漏。第五控制閥45和第四壓力表54組成一個元件，安裝在第四密封蓋上，用于監(jiān)測和控制技術(shù)套管和完井導(dǎo)管間環(huán)空的天然氣泄漏。完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管接頭螺紋均采用具有金屬對金屬密封結(jié)構(gòu)。圖I所示的地下鹽穴儲氣庫的建造過程如下(I)、地應(yīng)力確定根據(jù)聲波測井資料解釋獲得我國某擬建鹽穴儲氣庫目標(biāo)地層最大和最小地應(yīng)力分別為14. 42MPa和13. 26MPa，可以計算得到最大和最小水平地應(yīng)力之差為8. 02%，小于10%，因此可以按照均勻地應(yīng)力設(shè)計。根據(jù)儲氣庫頂部到地面距離可以計算得到靜水壓力為9. 56MPa，小于最大水平地應(yīng)力值，在套管柱選擇中以14. 42MPa為基準(zhǔn)值。(2)、管柱選型及下入深度根據(jù)井眼深度為975. 6m，則可以得到完井管柱長度為 975. 6m,可以技術(shù)套管長度為163m (1/8 1/6完井管柱長度)，完井導(dǎo)管長度50m。根據(jù)某鹽穴儲氣庫實際注采工藝要求，注采氣管柱外徑為177. 8mm、壁厚為9. 19mm、鋼級為N80， 則可以選用完井管柱外徑為244. 5mm、壁厚10. 03mm、鋼級N80、螺紋接頭為偏梯形扣。根據(jù) API5CT標(biāo)準(zhǔn)可以得到該型套管抗擠強度為21. 3MPa、承受內(nèi)壓能力為39. 6MPa，均大于最大水平地應(yīng)力14.42MPa和最大設(shè)計注氣壓力18MPa，滿足安全生產(chǎn)要求?？紤]到鹽巖地層中套管還需要承受蠕變載荷作用，完井套管選用外徑為244. 5mm、壁厚10. 03mm、鋼級C90、螺紋接頭為偏梯形扣，且要求套管柱最大壁厚不均勻度小于5%、最大橢圓度小于0.3%。技術(shù)套管為外徑339. 7mm、壁厚9. 65mm、鋼級N80。完井導(dǎo)管為外徑508mm、壁厚11. 13mm、鋼級 J55。(3)、鉆井及完井采用直徑為660mm鉆頭鉆井至50m深度位置處,井斜角小于 2°，下入外徑508mm、壁厚11. 13!11111、鋼級邗5的完井導(dǎo)管，注入低溫早強鹽水水泥漿，返高至地面，候凝12小時；采用直徑為444. 5mm鉆頭鉆井至163m深度位置處，井斜角小于2°， 下入外徑339. 7mm、壁厚9. 65mm、鋼級N80的技術(shù)套管，注入低溫早強鹽水水泥漿，返高至地面，候凝12 24小時；采用直徑為314. Imm鉆頭鉆井至1090. 6m深度位置處(包含儲氣庫設(shè)計高度115m)，井斜角小于2°。泥巖地層25埋深為O 945. 6m,下入外徑為244. 5mm、壁厚10. 03mm、鋼級N80、螺紋接頭為偏梯形扣的完井套管；鹽巖地層埋深為945. 6m 975. 6m 下入外徑為244. 5mm、壁厚10. 03mm、鋼級C90、螺紋接頭為偏梯形扣的完井套管。注入低溫早強鹽水水泥漿，返高至地面，候凝24小時。(4)、封隔器和卡瓦安裝采用注入清水溶漓造腔并通過加入頂部結(jié)構(gòu)保護油控制鹽穴儲氣庫形狀至設(shè)計尺寸結(jié)束；在完井管柱中下入注采管柱并在注采氣管柱與完井管柱位于儲氣庫頂部位置安裝Y422型封隔器、卡瓦，進行坐封；在封隔器以上環(huán)空中注入壓力平衡液，可以計算其靜水壓力為9. 56MPa。Y422型封隔器額定工作壓差為20MPa，可以得到封隔器可以密封的壓力為 29. 56MPa，大于鹽穴儲氣庫最大設(shè)計內(nèi)壓18MPa，滿足密封要求。(5)、密封蓋安裝在天然氣注采管柱井口位置安裝第一密封蓋，密封整個天然氣注采管柱；在天然氣注采管柱與泥巖地層完井套管井口位置的環(huán)空上面安裝第二密封蓋， 密封環(huán)空；在完井套管與技術(shù)套管井口位置的環(huán)空上面，密封環(huán)空安裝第三密封蓋，密封環(huán)空；在技術(shù)套管與導(dǎo)管井口位置的環(huán)空上面安裝第四密封蓋，密封環(huán)空。(6)、壓力表和控制閥安裝在第一密封蓋上安裝第一控制閥、第二控制閥和第一壓力表。第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采；第二控制閥和第一壓力表組成一個元件用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。在第二密封蓋上安裝第三控制閥和第二壓力表，監(jiān)測和控制天然氣注采管柱和完井套管間環(huán)空的天然氣泄漏。在第三密封蓋上安裝第四控制閥和第三壓力表，監(jiān)測和控制完井套管和技術(shù)套管間環(huán)空的天然氣泄漏。在第四密封蓋上安裝第五控制閥和第四壓力表，監(jiān)測和控制技術(shù)套管和完井導(dǎo)管間環(huán)空的天然氣泄漏。至此地下鹽穴儲氣庫施工完成，調(diào)試后進入運營。本實施例中壓力表用于監(jiān)測天然氣壓力變化，控制閥用于控制天然氣泄漏，一旦天然氣壓力高于壓力表額定壓力可以關(guān)閉壓力閥防止天然氣泄漏；壓力表和控制閥均為無錫市華莊自動化儀表廠生產(chǎn)的產(chǎn)品；溶漓造腔方式為正循環(huán)方式或者反循環(huán)方式；頂部結(jié)構(gòu)保護油為柴油或煤油或重質(zhì)直餾石腦油。
權(quán)利要求
1.一種地下鹽穴儲氣庫，包括鹽穴、完井導(dǎo)管、技術(shù)套管、完井套管、封隔器、卡瓦、密封蓋、天然氣注采管柱；天然氣注采管柱從地面深入到地下鹽穴內(nèi)部；完井套管從地面深入到地下鹽穴頂部；完井套管底端與天然氣注采管柱通過封隔器和卡瓦連接，卡瓦下端面與完井套管柱底端平齊，封隔器位于卡瓦上端并與卡瓦相連；壓力平衡液充滿整個天然氣注采管柱與完井管間在封隔器上面的環(huán)空；完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管采用水泥漿膠結(jié)在一起，頂端與地面平齊且安裝有密封蓋；其特征在于密封蓋上安裝有壓力表與控制閥， 用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的地下鹽穴儲氣庫，其特征在于在天然氣注采管柱地面位置處安裝有第一密封蓋；在第一密封蓋上安裝有第一控制閥、第二控制閥和第一壓力表；第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采，第二控制閥與第一壓力表用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2所述的地下鹽穴儲氣庫，其特征在于在天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空的地面位置處安裝有第二密封蓋；在第二密封蓋上面安裝有第三控制閥與第二壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的地下鹽穴儲氣庫，其特征在于在完井套管與技術(shù)套管環(huán)空的地面位置處安裝有第三密封蓋；在第三密封蓋上面安裝有第四控制閥與第三壓力表， 用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的地下鹽穴儲氣庫，其特征在于在技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置處安裝有第四密封蓋；在第四密封蓋上面安裝有第五控制閥與第四壓力表， 用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的地下鹽穴儲氣庫，其特征在于在鹽巖地層中完井套管的鋼級比泥巖地層中的高一級。
7.權(quán)利要求1-6所述的地下鹽穴儲氣庫的建造方法，其特征在于包括如下步驟(1)、外擠載荷選取利用聲波測井資料或者該區(qū)域內(nèi)已有套管擠毀參數(shù)，獲得儲氣庫頂部位置處鹽巖地層的最大和最小水平地應(yīng)力值；(2)、管柱選型及下入深度確定根據(jù)注采氣管柱尺寸選擇完井管柱、技術(shù)套管、完井導(dǎo)管尺寸，確定套管柱下入深度參數(shù)；(3)、鉆井及完井鉆井至完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管設(shè)計深度處，先后下入完井導(dǎo)管、技術(shù)套管和完井套管，在管柱與地層間的環(huán)空中注入水泥漿完井，水泥漿返高至地面， 候凝；在鹽巖地層中完井套管的鋼級比泥巖地層中的高一級；(4)、封隔器和卡瓦安裝溶漓造腔至鹽穴達到設(shè)計尺寸；通過安裝封隔器和卡瓦將完井套管柱底端與天然氣注采管柱連接，并在封隔器以上環(huán)空中注入壓力平衡液；(5)、密封蓋安裝在天然氣注采管柱、天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空、完井套管與技術(shù)套管環(huán)空、技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置處分別安裝第一密封蓋、第二密封蓋、第三密封蓋和第四密封蓋；(6)、壓力表和控制閥安裝天然氣注采管柱地面位置的第一密封蓋上安裝第一控制閥、第二控制閥和第一壓力表；第一控制閥用于控制天然氣注采管柱內(nèi)天然氣的注采，第二控制閥與第一壓力表用于監(jiān)測天然氣注采管柱內(nèi)壓力變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的地下鹽穴儲氣庫的建造方法，其特征在于天然氣注采管柱與完井套管環(huán)空的地面位置的第二密封蓋上面安裝第三控制閥與第二壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
9.根據(jù)權(quán)利要求7-8所述的地下鹽穴儲氣庫的建造方法，其特征在于完井套管與技術(shù)套管環(huán)空的地面位置的第三密封蓋上面安裝第四控制閥與第三壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9所述的地下鹽穴儲氣庫的建造方法，其特征在于在技術(shù)套管與完井導(dǎo)管環(huán)空的地面位置的第四密封蓋上面安裝第五控制閥與第四壓力表，用于監(jiān)測和控制天然氣泄漏。
全文摘要
本發(fā)明屬于油氣資源開發(fā)領(lǐng)域，具體地，涉及一種地下鹽穴儲氣庫及其建造方法。地下鹽穴儲氣庫包括鹽穴、導(dǎo)管、技術(shù)套管、完井套管、控制閥、壓力表、封隔器、卡瓦、密封蓋、天然氣注采管柱；天然氣注采管柱從地面深入到地下鹽穴內(nèi)部；完井套管從地面深入到地下鹽穴頂部；完井套管底端與天然氣注采管柱通過封隔器和卡瓦連接；在井口位置安裝密封蓋、壓力表、控制閥；在鹽巖地層中完井套管柱的鋼級比其他地層中的高一級。建造步驟包括外擠載荷選取、管柱選型及下入深度確定、鉆井及固井、封隔器和卡瓦安裝、密封蓋安裝、壓力表和控制閥安裝。本發(fā)明重點考慮了鹽巖蠕變對完井套管柱安全性的影響，同時對管柱密封性能進行了實時監(jiān)測，安全可靠性高。
文檔編號E21F17/16GK102587981SQ20121006276
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者楊秀娟, 王同濤, 閆相禎 申請人:中國石油大學(xué)(華東)